高原机场起飞一发失效应急程序研究.docx

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高原机场起飞一发失效应急程序研究

摘要

起飞阶段是飞机飞行任务中一个关键阶段，也是航空安全事故的多发阶段，因而起飞性能就成为了飞行性能研究中的主要内容之一。

我国很大比例的国土面积是高原高寒地区，高原机场占有很重要的地位。

起飞一发失效应急程序可以在保证飞行安全的前提下有效地提高航空公司的经济效益。

但其涉及的知识面广，设计的工作量大，技术难度较高。

由于可直接借鉴的经验较少，目前在程序设计中仍有许多复杂问题没有得到很好地解决。

本文从对国内外飞机起飞一发失效的研究着手，较系统地阐述了对其研究的必要性，从而确定了研究范围，并对研究方法、逻辑框架及内容体系作了概括性阐述。

结合目前的研究成果及本人的工作实践，从飞机性能因素、飞行程序设计因素、导航系统的原理、基本数据采集、沿标准仪表离场程序（SID）全发起飞离场的检查、沿SID一发失效起飞离场的检查、EOSID的初步确定、EOSID的精确计算分析、决策点的确定和EOSID的检查验证、制图说明及实施准备等方面对飞机起飞一发失效应急程序进行了设计。

在设计过程中，又对障碍物数据、决策点选取及导航等模糊问题进行了详细的分析论证，同时对设计中的难点、飞行转弯和风的计算进行了细致的讨论。

开发了一发失效应急程序。

结合高原海拔高及气候等因素，完整的开发一发失效应急程序。

决断点的确定，选取起飞过程中，飞机的高度利于安全飘降着陆的点，结合B737-700机型，对拉萨机场09号跑道，开发了起飞一发失效应急程序。

研究结果表明，起飞一发失效应急程序的设计研究对飞机起飞的安全性和经济性具有十分重要的现实意义，是国内飞行性能研究领域的一个重要补充工作。

关键词：

起飞性能，高原机场，一发失效，应急程序

ABSTRACT

Thetakeoffprocessisapivotalphaseoftheflightassignmentandisalsothephaseofhighfrequencyofflightaccidents,sothetakeoffperformancebecomesoneofthemaincontentsinthestudyoftheflightperformance.Manyareasofourcountryareplateauandhigh-frigidregion,andtheplateauairportsplayanimportantrole.

0nmebasisofsafety,EngineoutStandardInstrumentDeparture（EOSID）caneffbctiVelyimprovetlleeconomicbenefitofairlines．HoweVer，thedesignofEOSIDrelatestotheknoWledgeinmallynelds，sotheworkloadisveryheavyandttechnologyiscomparativelydifficult.becauseofthescarceexperienceofresearchaIlddesign，manycomplexproblemshaven’tbeensolved．

Thisthesisemphasizesontheoneengineoutduringtakeoff,clarifythenecessityanddeterminethestudyrange．Thearticlealsointroducesthesearchmethod，logicframeandcontentsystemgenerally．Dependingontherecentstudiesandactualexperiences，theauthordesignstheEOSIDproceduresaccordingtoaircraftperformance，flightprocedures，navigationsystem,dataacquirementandSIDcheck；computesanddecidesEOSIDprocedure；preparesachart，toensureadecisionpointandevaluatetheEOSIDfromtrackingthesingleenginetakeoff．Analysisoftheobstacledata,decisionpointselectionandNAVconcludedintheabovecontent．Aircraftturningmaneuversandwindcalculationarealsodiscussed．

Exploitone-engineoutemergencyprocedure.Themethodsoffindingthedecision-makingpointhavebeengiven.Choosethepointwheretheplanecanwaveandlandsafelywhenitsheightisadequate.AndforB737-700,Lasaairport09runway,onetake-offone-engineoutemergencyprocedurehasbeenexploited.

TheresultofresearchdemonstratcstherationaldesignandconsiderateresearchforEOSIDhavearealisticsigIli6canceintheaspectofsafetyandeconomic．Therefore，thestudyisanimportantcompIememinflightperformancefield.

Keywords:

takeoffperformance,plateauairport,oneengineout,emergentprocedure；

高原机场起飞一发失效应急程序研究

第一章绪论

航空运输是指以航空器进行经营性的客货运输的航空活动，这种航空活动是现代社会综合交通体系中的重要组成部分，与铁路、公路、水路和管道运输共同组成了国家的交通运输系统，具有安全、快捷、舒适、高效益等特点。

航空运输体系主要包括飞机、机场、空中交通管理系统和航线四个基本组成部分。

飞机是航空运输的主要运载工具。

机场提供飞机起飞、着陆、停驻、维护、补充给养和组织飞行保障活动的场所，也是旅客和货物运输的起点、终点和中转点。

航线是航空运输的线路。

而空中交通管制是对航空器的空中活动进行管理和控制的业务，包括空中交通管制业务，飞行情报和告警业务，它的任务是：

防止航空器相撞，防止机场及其附近空域内的航空器同障碍物相撞，维护空中交通秩序，保障空中交通畅通，保证飞行安全和提高飞行效率

安全，是人类赖以生存发展和进步的前提，而飞行安全是民航永恒的主题。

民用航空是一个高风险的行业，飞行安全关系到旅客的生命和财产的安危，更是人们经常议论和关心的话题。

而航空事故也一直伴随着航空事业的发展。

在世界民航业高速发展的今天，航班飞行总量不断加大，民用航空运输呈快速增长之势已是不争的事实。

随着市场经济的发展，新的目标、新的挑战也随之而来。

在保障安全的前提下，高效益成为航空公司立于不败之地的关键性指标。

中国民航一直以“保证安全第一，改善服务工作，争取飞行正常”为工作方针，随着国家的改革开放，民航事业快速发展，航班运行的安全性和经济性也在不断提高，但与美国和欧洲相比仍有较大的差距，这主要体现在规章制度不全、运行程序与标准还不完善或者没有相关的程序与标准、培训教育滞后等方面。

因此，有必要在运行标准的制定和飞机性能的研究分析中，将飞行的安全性和经济性结合起来，在保障飞行安全的基础上，有效地提高航空公司的经济效益。

中国西部大部分地区地处青藏高原和云贵高原、多数机场位于山地和高原机场净空条件极差气候复杂多变，航线航路地形复杂，航路安全高度高。

对运营飞机的飞行操作、签派放行、维护保障、起飞和着陆性能、航路单发飘降性能及客舱释压的旅客供氧等提出了极高的要求和限制。

中国民航总局对高原机场的定义是机场标高1500m（含）至2560m的机场为一般高原机场。

2560m（含）以上的机场为高高原机场。

国内高海拔机场和复杂航线几乎全部集中在西南、西北地区。

在这些高原高温机场飞行时，一方面是发动机的推力的明显减小；另一方面是飞机本身的气动性能变差，造成飞机的飞行性能降低。

而安全与效益从来就是两个矛盾的统一体。

作为—个航空产业，不能光谈安全而踢开效益，也不能只说效益而不要安全。

探讨安全与效益的最大化，来提高整个行业的高效运作。

因而西部高原机场和航线的飞行性能分析及管理问题尤其突出，也是确保航空公司安全运行和经济效益的前提。

为此航空公司必须对执行中国西部地区高原机场及航线飞行的飞机性能作严格的限制和要求并进行科学规范的管理。

针对中国西部地区高原机场及航线的特点对机场及航线运行安全性和经济性的分析及其管理策略作一些探讨。

1.1起飞性能介绍

1.1.1起飞性能概述

飞机性能包括起飞性能、爬升和下降性能、续航性能和进场着陆性能。

其中起飞性能主要是根据机场、气象和飞机的具体情况确定允许的最大起飞重量，以便在此重量范围内，安排具体航线所需的燃油和可能的客、货载运量，并给出相应的起飞速度V1、vR和V2值，以保证在飞行安全的前提下，取得更好的经济效益。

起飞性能主要讨论起飞航迹中各段的性能。

起飞航迹是从静止点（1s机起飞滑跑开始点）到下列两点中的较高者：

飞机起飞过程中高于起飞表面1500英尺（450米）或完成从起飞到航路构形的转变，并达到起飞最后阶段规定的速度和爬升梯度的点。

起飞航迹由起飞和起飞飞行航迹两部分组成，前者是从起飞开始点到飞机飞到高于起飞表面35英尺（10．7米），并达到起飞安全速度V2的航迹，后者则是从起飞的终点到起飞航迹的终点-引用陈治怀．飞机性能工程【M】．北京：

中国民航出版社，1993．1-119。

1.1.2起飞性能研究的必要性

起飞性能是飞行性能研究中的主要内容之一，飞机的一次飞行任务中，起飞过程只不过占1%~2%的时间，然而却是飞机从地面运输车辆状态转变为飞行器的一个复杂过程，是飞行任务的一个关键阶段。

近十几年来的统计资料表明，起飞过程发生的事故占全部事故的10%以上，是航空安全事故的多发阶段。

起飞过程受到的约束限制和影响幽素很多，如机场场地长度、爬升梯度、超越障碍物、轮胎速度、刹车能量、起飞速度和结构强度等方面的限制，以及飞机、机场和气象等方面许多因素的影响。

这些都有可能限制飞机的最大起飞重量．从而限制飞机装载客、货的能力，降低经济性。

1.1.3高原机场起飞性能分析

对于高原机场除了按规范要求进行起飞和着陆性能分析外结合西部地区高原机场跑道较、环境差、海拔高、气候复杂多变、起降性能差等特点。

飞机起飞性能涉及到飞行安全，高原机场的特殊性对飞机的起飞提出了更高的性能要求。

1.在高原机场飞机起飞时，高海拔造成空气稀薄，温度较平原低，这些因素对飞机的发动机性能影响很大，同样转速的发动机提供的最大推力较平原机场起飞时下降很多。

2.在高原机场的周围，多是海拔很高的山峰，飞机起飞过程需要越过这些障碍物。

当飞机需要转弯或受到侧风的影响时，飞行航迹会有所改变，飞机的高度会有损失，从而带来飞行安全问题。

3.高原环境不仅温度低，空气密度小，同时还存在如突然结冰、风切变和跑道遭受污染等特殊情况的影响。

4.飞机机舱的可能出现突然释压问题。

5.飞机飞行过程，虽然大部分时间处于正常工作状态，但如果飞行过程中任何时刻出现一台发动机失效，将会对飞行安全构成巨大威胁。

对于一发失效问题是航空公司不得不考虑的重大问题。

1.1.4起飞一发失效问题

随着航空运输业的不断发艘，对飞机起飞性能安全性的研究已经日渐完善。

但随着航班量的增加、复杂机场的增多，起飞性能的经济性变得更加突出。

对于同一架飞机，不仅要考虑飞机全发起飞的正常情况，而且要考虑飞机一发故障起飞的紧急情况。

当发生一发失效时，发动机的推力、飞机的爬升性能、起飞的飞行航迹、飞机的操纵性都将受到很大的影响。

起飞一发失效应急程序是通过性能计算分析合理设计飞行航迹，避开一些对起飞限制较大的障碍物，或提供足够的航线长度以达到需要的飞行高度，从而提高飞机的起飞重量；或充分利用飞机发动机停车前全发飞行时所获得的高度，以减少中远距离障碍物对起飞重量的限制。

另外，合理的应急程序可以减轻飞行员在起飞过程中出现一发停车时的工作负荷。

1.2起飞一发失效的国内外研究现状

1.2.1起飞一发失效的国外研究现状

在上世纪60年代后半期之前，世界上的客机制造主要被美国的波音和麦道公司所垄断。

从上世纪70年代开始，随着美国麦道公司的衰落和欧洲空客公司的崛起，飞机制造市场逐渐形成了两强对立之势。

由于可靠的飞机性能源于准确全面的空气动力数据、发动机试验数据和飞行数据，而这些数据只能由飞机制造公司和发动机制造公司提供，所以飞机性能研究领域内，美国和欧洲处于绝对领先地位。

上世纪80年代，随着民用航空运输量的增加，在地形比较复杂的机场起飞时，起飞的安全性和经济性之间出现了矛盾。

飞机起飞时，如果按照标准仪表离场程序离场，飞机的最大起飞重量将受到很大限制。

因此，必须通过降低载量才能提高飞行的安全性、这使得航空公司的经济效益受到很大影响。

为改善这种状况，飞机制造公司——波音公司和空客公司开始协助航空公司制作起飞一发失效应急程序。

由于飞机数据的商业保密性，航空公司一般仅提供机场数据，并不参与飞机公司的核心研究，起飞一发失效应急程序的设计策略、步骤、数据采集和计算方法很少对外公开，这就增大了航空公司独立设计程序和灵活使用程序的难度。

美国和欧洲对于起飞性能的研究发展较早，上世纪80年代初期，美国的charlesEDole在《FlightTheoryandAerodynamicsAPracticalGuideforOperationalSa&ty》中从飞行理论和空气动力学的角度上对起飞的安今性进行了分析。

在同期，有关起飞性能的限制和要求也作为规范和条例在相关的适航条例中给出，如美国联邦航空规章第25部一运输类飞机适航标准（FAR25部）、欧洲联邦航空规章第25部一运输类飞机适航标准（JAR25部）等。

90年代初期，在欧洲的D．Jswatton的《AircraftPerfoHnanceTheorforpoilt》和S.K.OJHA的《FlightPerfornlallceofAircran》中，提出了比较成熟的起飞限制要求和起飞飞行航迹的计算方法。

但直到上世纪90年代末，有关起飞一发失效应急程序的资料和文献才开始逐渐公开。

在空客公司的《0UICKREFEI让NCEHANDB00K》中对JAA、FAA、IcAO的相关起飞标准进行了研究分析，提出了起飞一发失效应急程序的设计理念和设计策略|l“。

2001年，欧洲的MoniqueFueri在《SIDsandEOSIDs》中对标准仪表离场程序（sID）和起飞一发失效应急程序（EOSlD）进行了比较分析，详细阐述了起飞一发失效应急程序的重要作用和现实意义。

2002年，空客公司的EOSIDwoRKsHoP在《AIRBusExERCISEGUIDEBOOK》中通过实例对起飞一发失效应急程序的制作进行了剖析114l。

2003年，空客公司在《FlightOperationsSupportalldLincAssistance》中利用性能计算软件对起飞一发失效应急程序的设计策略进行了较深入的探讨，并提出了部分数据的理论计算方法【15】。

2004年，德国的LufthansasystemsGmup在《AircraftPerfonnaIlceServices》中对起飞一发失效应急程序中的障碍物计算进行了研究，提出了建立实时更新障碍物网络数据库的理论。

然而，上述资料中的设计理论仍然不够系统、完整和全面，特别是一些具体的应对策略和方法还有待研究探索。

1.2.2起飞一发失效的国内研究现状

设计起飞一发失效应急程序这种理念进入我国较晚。

一直以来，我国各机场依照《目视和仪表飞行程序设计》设计的离场程序在爬升梯度限制上都是按飞机全发工作考虑的。

它选取的障碍物范围比较大，在全发工作时执行离场程序可以保证按规定的余度安全超越保护区内的障碍物。

但飞机一发失效后，在一些地形复杂的山区机场，仍考虑这么大的保护区和同样大的爬升梯度，则允许的起飞重量过小，严重影响经济效益。

我国早期的机场大多处于工业发达区，地势比较平坦，障碍物比较少，设计起飞一发失效应急程序的意义不大。

即使有少数机场地形比较复杂，以当时技术水平和运行理念也不允许制作应急程序。

但随着我国西部发展速度的加快，在西南、西北地区修建的山区机场越来越多，如西南地区的昆明、丽江、大理、芒市、保山、迪庆、西双版纳、九寨沟、广元，匝北地区的西宁、拉萨等。

这些机场不仅海拔高、气象多变、而周边的地形复杂，障碍物较多，对起飞着陆的影响很大。

为了在保障安全的前提下提高航空公司的经济效益，民航总局于2000年2月发布了《关于制定起飞一发失效应急程宇的通知》。

在咨询通告发布后的几年内，我国许多航空公司在空客公司和波音公司的帮匿下制作了与本公司运营相关的复杂机场的起飞一发失效应急程序。

如我国的南航北方公司就在波音公司和民航总局飞行标准司的指导帮助下，制定了大连周水子机场二8号跑道起飞一发失效应急程序，并于2004年8月20日起正式实施。

获得了理想的经济效益。

另外，四川航空公司、东航云南公司也在空客公司和波音公司的指导下制作了九寨沟、昆明、丽江、迪庆、保山、大理等机场的起飞一发失效应急程序。

虽然越来越多的航空公司已经开始在一些地形复杂的机场使用起飞一发失效应急程序。

程序，并取得了较好的效果，但这些程序基本都是委托飞机制造公司进行设计的。

目前国内在该领域内的研究工作开展得很少，部分航空公司曾尝试过独立设计，但由于程序制作的工作量大、技术难度高、可以直接借鉴的经验有限，结果大多以失败而告终。

为此，在民航总局飞行标准司及各地区管理局有关部门的组织下，于2002年5月在广州召开了“一发失效应急离场程序”研讨会，明确了这项工作对保证飞行安全、提高航空公司运行效益的重大意义，并对起飞一发失效应急程序的总体设计进行了讨论。

为了给各航空公司提供技术样本，民航总局飞行标准司于2003年对外公布了《A32l／MD82／MD90飞机昆明／巫家坝机场起飞一发失效应急程序》。

这一程序是由波音公司协助北方航空公司制作的，其中给出了程序报告的格式和内容规范，并对转弯半径和转弯速度的计算进行了强调。

2004年初，四JlI航空公司在空客公司的协助下，对九寨沟／黄龙机场进行了性能研究分析，制作出了A320飞机的起飞一发失效应急程序，大大地提高了高原机场运营的安全性和经济性。

2004年3月，在AirbusTrainingcenter的MAJUN发表的论文《AVIATIONSAFETYFlightOperations》中对起飞一发失效应急程序的基本理论和A320飞机九寨沟／黄龙机场应急程序的总体设计进行了研究，并结合空客性能计算软件对该机场的起飞性能计算进行了分析。

鉴于九寨沟／黄龙机场的特殊性和起飞一发失效应急程序制作的迫切性，于2004年7月在四川成都和九寨沟举行了“高原和地形”复杂机场起飞性能分析”的研讨会，对高原和地形复杂机场的起飞一发失效应急程序制作给予了足够的重视，并提出了程序制作要与机场气象条件相结合的要求。

2004年8月5日，广州新白云机场正式开始投入使用，中南管理局在新白云机场的起飞要求中提出必须要有民航总局飞行标准司审批合格的起飞一发失效应急程序。

但由于各航空公司的性能技术水平有限，没有按时制作出起飞一发失效应急程序，导致国际航空公司、每南航空公司等数家航空公司的飞机不能放行，给航空公司的信誉和经济效益带来了很大的影响。

针对这一情况，民航总局飞行标准司加大力度，分别于2004年11月和12月在成都和北京两次召开了起飞一发失效应急程序设计的研讨会，对设计的细节和关键性问题进行了深入的探讨和分析。

然而，数次研讨会的结果表明，目前我国在起飞一发失效应急程序的研究中，还处于提出问题阶段，许多设计中出现的实际问题还没有较好的解决方法。

虽然飞机制造公司已经协助航空公司制作出很多可行的应急程序，但起飞一发失效应急程序有其自身的特殊性。

起飞一发失效应急程序要针对不同机场、不同机型分别进行分析制作。

机型不同，速度和爬升能力是不同的，即使同种机型，由于所飞航程远近不同引起的起飞重量的差异也可以导致爬升梯度的不同。

别的公司制作的应急程序本公司不一定适用，不能用已有的程序范例生搬硬套，必须根据相关的理论知识和有限的实践资料进行研究外发，制定出符合我国民航现状的起飞一发失效应急程序设计规范、策略和方法，以便航空公司可以针对本公司的机型、甚至针对所飞某一航线制作适用的应急程序。

因此，需要在理论结合实际的基础上提出了合理可行的解决方法。

1.3本文的主要研究内容

本文将飞机性能、飞行程序设计和导航系统的理论知识相结合，通过对飞机性能、飞行程序、导航系统原理、及障碍物和风的分析计算，同时通过对起飞一发失效应急程序有限的资料和文献及实际设计的总结分析，较为深入地研究了起飞一发失效应急程序的设计策略及相关的性能计算方法。

并由此制定出飞机起飞一发失效应急程序。

此应急程序不但可以提高航空公司的营运效益。

还可通过一发失效应急程序的制定，使飞行员提前了解有关复杂机场的具体情况，将安全风险前移，预先为飞行员提供了一发失效紧急情况下的飞行应急预案，大大缓解了飞行员工作负荷和心理压力，降低了飞行安全风险。

主要内容包含以下几个部分：

1．通过对起飞性能和起飞一发失效应急程序的基本概念和意义，引入对国内外起飞一发失效应急程序的发展和研究状况的具体分析。

2．对起飞一发失效应急程序所涉及的相关基础理论知识进行总结归纳，并对起飞一发失效应急程序的具体设计要素进行具体和详尽的分析。

3．对起飞一发失效应急程序实际设计中涉及的难点，和一些技术性重点问题进行剖析；并对起飞一发失效应急程序的设计环节中的各个重要点和问题进行深入探讨。

4．对起飞一发失效应急程亭性能计算中的一些模糊问题进行分析，包括障碍物数据和运行规章的统一、决策点的确定和分析、远距离障碍物的越障情况、导航设施的限制等问题，这些问题对起飞一发失效应急程序的研究分析具有现实的指导意义。

5．结合理论基础对起飞一发失效应急程序的具体实践与应用进行了分析介绍。

6．对研究工作进行归纳总结，并根据现阶段的研究成果对下一步研究提出展望。

第二章起飞一发失效应急程序相理论基础

发动机是飞机的一个重要部件，人们把它比喻为飞机的心脏。

导致发动机出现空中停车的原因很复杂。

发动机是由上万个零件组成．任何一个零件、部件的工作不正常都可能导致发动机出现故障，严重时将引发空中停车。

特别是在高原、高温机场．气流变化非常不稳定，大重量起飞的情况下，发动机使用最大功率运转．更加增大了发动机停车的概率。

当飞机出现一台发动机停车时，飞行员的操作比正常操作要复杂得多，特别是在起飞过程中发生的空中停车，加大了飞行操作的难度。

这样无疑会给飞行员